S Jiřím Vránou o technologii vanadových redoxních průtočných baterií

Stalo se už tradicí, že každé léto spolu svádí tuhý boj ty nejlepší ekologické projekty z České republiky v soutěži E.ON Energy Globe. Jinak tomu nebylo ani v letošním roce, o čemž jsme vás pravidelně informovali v našich reportážích a srovnávacích článcích. Jedné kategorii jsme se ale zatím téměř nevěnovali, což nyní napravíme.

Jde o kategorii Nápad. V té spolu soupeří ty nejzajímavější projekty v oblasti ekologie a energetiky, které jsou prozatím ve fázi vývoje. V loňském roce si vítězství v této kategorii odnesl Ing. Jan Plomer, Ph.D., se svým konceptem setrvačníkové baterie. I v letošním roce porotu nejvíce zaujala technologie pro uchovávání energie. Konkrétně jde o systém vanadové redoxní průtočné baterie. Za jejím vývojem stojí společnost Pinflow energy storage. S jejím zástupce a zakladatelem, Jiřím Vránou, jsme si na dané téma popovídali. V čem je vanadová redoxní průtočná baterie tak výjimečná? Jaké jsou její výhody? Na tyto i další otázky naleznete odpověď v řádcích níže.

Jiří Vrána
Jiří Vrána, spoluzakladatel společnosti Pinflow energy storage

Jaké jsou hlavní výhody vanadové redoxní průtočné baterie v porovnání s běžnými akumulátory?
Každá baterie, nebo spíše akumulátor, je úložiště elektrické energie. Při nabíjení je do ní energie ukládána a při vybíjení se z ní energie získává. Stejně funguje ta naše, je zde ale velký rozdíl od běžných lithiových baterií, jaké známe například z mobilních telefonů. U těch je vždy pevně spojena kapacita a výkon.  Naše baterie využívá roztoky solí vanadu. Ty vytváří kapacitu, kde se ukládá energie. Vedle nich je bateriový svazek, kde dochází ke generování výkonu baterie. Do tohoto svazku čerpáme zmíněné elektrolyty a dochází zde k samotným reakcím, v jednom směru se jedná o nabíjení a opačně vybíjení. Obě části jsou tak na sobě nezávislé a my jsme schopni upravovat buď výkon, nebo kapacitu baterie zvlášť. Díky tomu dokážeme našim zákazníkům zaručit, že pro ně na míru sestavíme takovou baterii, která je pro jejich potřeby nejvýhodnější. Další její výhodou je životnost. Veškeré reakce probíhají v kapalné formě, nedochází tedy k degradaci materiálů a snižování kapacity, jako je tomu u lithiových baterií.

Princip průtočných baterií je známý od sedmdesátých let minulého století. Jak je na tom její vývoj dnes a v čem je technologie Pinflow energy storage výjimečná?
První průtočné baterie skutečně pochází ze sedmdesátých let. Vanadové redoxní průtočné baterie, které vyvíjíme my, byly poprvé předvedeny v osmdesátých letech. V té době ještě nedošlo k jejich významnému komerčnímu nasazení, protože neexistovaly dostatečně odolné materiály pro jejich funkci. Ty se objevily v devadesátých letech, tehdy byl ale jejich provoz neekonomický. V současnosti již existuje mnoho firem, které se této technologii věnují. Například největší bateriové úložiště na světě s výkonem 200 MW využívá tuto technologii a je instalováno v Číně. Nám se podařilo optimalizovat vnitřní materiály v bateriovém svazku. Díky tomu dokážeme získat vyšší výkony, resp. proudy, vztažené na plochu. Tomu říkáme proudová hustota. Oproti jiným komerčně úspěšným bateriím je proudová hustota našeho systému až pětkrát vyšší. Díky tomu patříme mezi světovou špičku.

Zředěné vzorky vanadových elektrolytů, v záporném elektrolytu jsou přítomny kationty vanadnaté (nabitý, fialový) a vanadité (vybitý, zelený), v kladném elektrolytu pak kationty vanadyl(V) (nabitý, žlutý) a vanadyl(IV) (vybitý, modrý).
Zředěné vzorky vanadových elektrolytů, v záporném elektrolytu jsou přítomny kationty vanadnaté (nabitý, fialový) a vanadité (vybitý, zelený), v kladném elektrolytu pak kationty vanadyl (nabitý, žlutý) a vanadyl (vybitý, modrý).

Kde mohou takové baterie najít uplatnění?
My cílíme především na velká stacionární úložiště energie. V tomto směru jsou dnešní lithiové baterie nevyužité. Mají problémy s chlazením a tím pádem i s životností. V našich bateriích probíhají veškeré reakce v kapalné formě. Bateriový svazek, kde k těmto reakcím dochází, je tak neustále ochlazován. To je velká výhoda. Díky tomu jsme schopni nabídnout redoxní průtočné baterie i u skutečně velkých projektů, kde by lithiové baterie nebyly ekonomicky výhodné. Naše baterie můžou fungovat jako stacionární úložiště energie například pro fotovoltaické nebo větrné elektrárny.

Dá se baterie rozšiřovat?
Určitě. Modulovatelnost naší baterie může být výhodná s výhledem na budoucnost, pokud si někdo pořídí takovou baterii k rodinnému domku a vlastní elektromobil a fotovoltaickou elektrárnu. Naše baterie může mít pro takový případ výkon například 50 kW a kapacitu 250 kWh. S takovou baterií si člověk může nabít svůj elektromobil pětkrát. Pokud by v budoucnu začal například podnikat a pořídil si více elektromobilů, bude uvažovat o rozšíření. V takovém případě pro něj ale nemá smysl navyšovat výkon, protože rychlonabíječka v jeho autě nedokáže zpracovat větší výkon než 50 kW. Stačilo by mu tedy, pokud navýší kapacitu. To by v případě naší baterie znamenalo, že stačí přidat další externí nádrže s elektrolytem, ve kterém je kapacita.

Velkým tématem je recyklace baterií. Jak je na tom vaše baterie v tomto směru?
V porovnání s lithiovými bateriemi je naše technologie daleko jednodušší. Většinu materiálu v našich bateriích tvoří elektrolyt. Jak jsem již zmínil, ten utváří roztoky solí vanadu. Ty lze bez problémů recyklovat. Naše baterie mají proto výrazně nižší škodlivý vliv na životní prostředí.

Bateriový svazek o výkonu 2 kW (účinnost 83 % při 2kW výkonu), přetížitelný na výkon 6 kW (bez jakéhokoliv dlouhodobého vlivu na životnost baterie).
Bateriový svazek o výkonu 2 kW (účinnost 83 % při 2kW výkonu), přetížitelný na výkon 6 kW (bez jakéhokoliv dlouhodobého vlivu na životnost baterie).

VÍCE SE O SOUTĚŽI E. ON ENERGY GLOBE DOZVÍTE ZDE

Kde má tato technologie, potažmo vaše firma Pinflow energy storage, počátek?
Jsme tým chemických inženýrů. Naše počátky sahají devět let zpět, kdy jsme s profesorem Jurajem Koskem našli výzvu v problematice energetických úložišť. Záhy po rozhodnutí pustit se do vývoje baterií jsme našli partnera na Západočeské univerzitě, konkrétně šlo o Výzkumné centrum Nové technologie Západočeské univerzity v Plzni. Zde měli zkušenosti se strojírenstvím a zázemí pro samotné fyzické řešení technologie. Víceméně jsme se rozrostli z VŠCHT Praha na Západočeskou univerzitu v Plzni. Když jsme si uvědomili, že technologie, kterou jsme vyvinuli, má v porovnání s konkurencí skvělé parametry, rozhodli jsme se technologii dostat na trh. Založili jsme proto start-up Pinflow energy storage. Od Západočeské univerzity v Plzni jsme získali licenci na používání know-how spojených s touto technologií.

Detail senzorů na testovacím systému.
Detail senzorů na testovacím systému.

V jaké fázi se nachází váš projekt nyní?
Aktuálně máme funkčnost naší technologie ověřenou na pilotních systémech s výkonem 2–6 kW. Spolu se Západočeskou univerzitou pracujeme na výstavbě systému, který bude mít výkon 5–20 kW o kapacitě do 100 kWh. Tím bychom chtěli demonstrovat její funkčnost ve spojení s elektromobilitou tím, že vedle postavíme nabíjecí stanici pro elektromobily nebo elektrokola a skútry.

VÝČET PROJEKTŮ, KTERÉ SE LETOS ZÚČASTNILY SOUTĚŽE E.ON ENERGY GLOBE NALEZNETE ZDE

Co pro vás znamená vítězství v soutěži E.ON Energy Globe?
Je to pro nás velký úspěch. Je pro nás skvělou zprávu, že společnost E.ON si všimla, že v Čechách vzniká projekt, který svými parametry převyšuje světovou konkurenci. Vnímáme to výhodně i proto, že lidé v E.ON jsou specialisté na inovace a energetiku a jsou jedni z prvních, kteří u nás instalují velkokapacitní baterie. Je to pro nás příslib, že i v ČR se energetika mění a lidé si začínají uvědomovat, že přichází doba, kdy se začnou více a hlavně smysluplně využívat obnovitelné zdroje.

Laboratorní jednočlánek vanadové redoxní průtočné baterie (jeden z komerčních produktů Pinflow energy storage, www.pinflowes.com)
Laboratorní jednočlánek vanadové redoxní průtočné baterie (jeden z komerčních produktů Pinflow energy storage)

1
Aktuálně vytvářený systém o výkonu 5-15 kW a kapacitě 50 kWh.

Témata:

Doporučujeme

S Jiřím Vránou o technologii vanadových redoxních průtočných baterií